秦巴地区12批引种紫苏的挥发油成分分析及评价

张辰露 朱双全 梁宗锁 吴三桥 赵宏光

摘要：为筛选适宜秦巴地区推广种植的紫苏种质，将从重庆、江苏、广西等地区引种的11批不同种质紫苏和1批本地野生紫苏同时种植于陕西商洛地区，采用同时蒸馏-萃取（SDE）法提取紫苏叶挥发油，通过气相色谱-质谱（GC-MS）分析挥发油组成成分，并比较挥发油得率，以评价不同种质来源紫苏在秦巴地区的品质表现。结果表明，从紫苏挥发油中共鉴定出180种化学成分，不同种质的共有成分有20种。主要共有成分为紫苏醛（0.48%～6254%）、紫苏酮（0.02%～32.09%）、α-石竹烯（7.67%～22.16%）、α-香柑油烯（1.09%～15.57%）、D-柠檬烯（0.08%～14.89%）、芳樟醇（0.04%～7.99%）、大根香叶烯D（0.48%～4.15%）等。另有一些特殊成分，1个烯型（PL）种源含35.79%紫苏烯，1个醚型（PP）种源含35.76%芹菜脑，1个EK型种源含17.88%2-烯丙基-4-甲基苯酚等。12批紫苏种质可分为5种化学型，醛型（PA）、酮型（PK）、醚型（PP）、烯型（PL）及酚型（EK）。挥发油得率为0.30%～0.82%，其中以醛型的挥发油得率最高，烯型的得率最低。不同种质紫苏在相同引种栽培环境下，紫苏叶挥发油的化学成分组成和得率差异明显。除烯型紫苏外，其余种源紫苏的挥发油得率均可达到2015年版《中华人民共和国药典》标准。秦巴地区发展紫苏种植建议以江苏邳州地区的回回苏（醛型）为宜，重庆和玉林地区的白苏（酮型）次之。

关键词：紫苏;挥发油;成分组成;得油率;GC-MS;种质资源;品质分析;最优种源;产区拓展

中图分类号：R284.1   文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2019）16-0214-07

收稿日期：2018-03-29

基金项目：国家自然科学基金青年科学基金（编号：81703646）;陕西省社会发展攻关项目（编号：2016SF-351）。

作者簡介：张辰露（1979—），女，陕西汉中人，博士，副教授，主要从事中药资源开发利用研究。

通信作者：梁宗锁，博士，教授，主要从事中药资源学、药用植物次生代谢调控。

紫苏[Perilla frutescens （L.） Britt.]，是唇形科（Labiatae）紫苏属（Perilla）的1年生草本植物，别称白苏、赤苏、香苏、回回苏等[1]。其叶、梗、籽均可入药，是我国传统的药食两用植物[2]。紫苏常被用作解鱼蟹毒，治疗风寒感冒、升血糖、治疗咳喘，以及预防和治疗心血管疾病等。紫苏叶挥发油有抗炎、抑菌、抗氧化性及抗病毒作用，临床上还用于治疗抑郁症[1，3-6]。紫苏在我国自然分布广泛，遍布全国20个省份，紫苏作为多用途的经济植物在我国已有2 000多年的栽培历史[7]。秦巴地区虽然算不上紫苏的主产区，但有着丰富的野生紫苏资源，常见于浅山林缘和田间地头，更是百姓庭院周边的常见植物，分布极为广泛。参考陈士林的《中国药材产地生态适宜性区划》可知，利用3S技术对紫苏产地适宜性分析结果表明秦巴地区也属于紫苏的生态适宜区，生态适宜性指数达90%～95%[8]。然而尚未见秦巴地区人工大面积种植紫苏的相关报道，其地理周边地区如甘肃、山西、重庆等已属于人工栽培主产区，河南、四川等地区虽然野生资源丰富，但还未形成人工栽培主产区[9]。

白苏原产地在我国东北，其挥发油以紫苏酮为主，黑龙江、吉林、河北、甘肃等区域主要种植的是酮型紫苏。原产自南方的紫苏多以紫苏醛和烯类成分为主，酮类成分相对较少（除云南、重庆彭水、湖南鼎城等地区外）。相同种源紫苏在不同的地方种植，其挥发油的主要成分组成呈现明显差异[9-10]，紫苏叶挥发油化学成分受环境影响极大。秦岭地处我国南北地理分界线，气候环境介于南北之间，因此研究不同化学型紫苏在我国中纬度的秦巴地区的引种品质表现具有重要意义。本研究从玉林、重庆、江苏等市场及陕西省商洛市收集12批种源，统一栽培管理，开展引种试验。综合分析各个种源紫苏叶的挥发油成分组成及得油率，优选出适宜秦巴地区栽培的最优紫苏种源，以期为紫苏产区拓展提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

12批紫苏种源分别来自重庆市、重庆涪陵、广西玉林、江苏徐州、陕西商洛等地区，具体见表1。将收集的紫苏种子于2016年4月上旬种植在陕西天士力植物药业有限公司的药用植物资源圃，统一人工管理，8月下旬的上午时段采收叶片[11]，置阴凉通风处干燥。紫苏种源鉴定由陕西理工大学王勇博士完成。

1.2 主要仪器

气相色谱-质谱联用仪（GC-MS-QP2010型，日本Shimadzu公司）;蒸馏同时萃取装置（上海齐欣科学仪器有限公司）;UPW型优普超纯水机（上海优普实业有限公司）;AB135S电子分析天平（梅特勒·拖利多公司）;198-1-B电加热套、DK-2000-Ⅲ L电热恒温水浴锅、01-3A电热鼓风干燥箱（天津市泰斯特仪器有限公司）和石油醚（天津市富宇精细化工有限公司）。

1.3 挥发油测定条件

气相色谱（GC）条件：RXT-5 MS石英毛细管柱（30 m×0.25 μm×0.25 μm）;柱前压为53.5 kPa;分流比为50 ∶1;进样量为1 μL;进样口温度为250 ℃;载气为He;柱初温为 50 ℃，保留2 min，程序升温速率为4 ℃/min，升至210 ℃，保留1 min，再经过15 ℃/min的升温速率，升至280 ℃，保留 3 min，完成1个样品检测时间为45 min。

质谱（MS）条件：电离方式为EI，灯丝电流为0.5 mA;电子能量为70 eV;倍增器电压为0. 86 kV;离子源温度为 230 ℃，溶剂延迟3 min;质核比（m/z）为40～500。添加各溶剂的空白检测，除去试验自身的干扰因素。

通过ChemStation工作站检索KIST谱图库，参照相关文献结合人工化学结构解析判定，以可信度>90%的标准确认和鉴定各色谱峰成分。由峰面积归一法计算挥发油各化学成分的相对百分含量，采用SPSS 22.0软件进行分析。GC-MS检测条件参照张辰露等的方法[12]。

1.4 挥发油提取

称取100 g紫苏叶粉末，挥发油供试样品提取方法参照张辰露等的同时蒸馏-萃取（SDE）[12]提取方法，获得挥发油样品，称质量计算得率，并进行GC-MS检测。同时，采用挥发油提取器，按照2015年版《中华人民共和国药典》挥发油测定方法中甲法提取[13]，记录挥发油得率。

2 结果与分析

2.1 GC-MS结果分析

12批不同种源紫苏的叶片挥发油成分组成GC-MS分析结果及挥发油得率测定结果见表2。经KIST谱图库检索，参照相关文献结合人工化学结构解析判定[10，14-16]，共鉴定出180种化学成分，其中共有成分有20种。紫苏叶挥发油的主要成分包括紫苏醛（0.48%～62.54%）、紫苏酮（0.05%～33.79%）、α-石竹烯（7.67%～22.16%）、α-香柑油烯（1.09%～15.57%）、D-柠檬烯（0.08%～14.89%）、芳樟醇（0.04%～7.99%）、大根香叶烯D（0.48%～4.15%）等。另有一些含量较大的特殊成分，S11含35.79%紫苏烯，S3含3576%芹菜脑及5.28%顺式-β-细辛醚，S4含17.88% 2-烯丙基-4-甲基苯酚及7.75%香薷酮。

主要共有成分（相对百分含量≥5%）的相对百分含量排序为（1）紫苏醛：S10>S7>S8>S1>S12>S5>S4>S6;（2）紫苏酮：S6>S2>S9;（3）石竹烯：S9>S12>S1>S3>S11>S2>S4>S5>S7>S6>S8>S10;（4）D-柠檬烯：S5>S8>S7>S10;（5）芳樟醇：S5>S8;（6）反式-α-香柑油烯：S12>S11>S1>S7>S5>S8>S2>S6>S10。比较而言，主要共有成分石竹烯在不同种源的紫蘇叶中相对百分含量的变化幅度较小，成分占比相对稳定。

根据表2中各个组分的相对百分含量特征，参照早期日本学者Nitta等和中国医学科学院魏长玲等对我国紫苏资源挥发油化学型的分类研究[17，9]，可将本次收集的12批不同紫苏种源分为醛型（PA）、酮型（PK）、烯型（PL）、醚型（PP）、酚型（EK）共5种化学型（表3）。紫苏醛在S1、S5、S7、S8、S10、S12号样品中均具有较高的相对百分含量（37.78%～62.54%），而在其余6个样品中的总占比较低（0.48%～5.32%），S1、S5、S7、S8、S10、S12号样品符合醛型紫苏的主要特征。紫苏酮在S2、S6、S9号样品中均具有较高的相对百分含量（25.72%～3209%），而在其余样品中占比明显偏低（0.02%～785%），S2、S6、S9号样品符合酮型紫苏的主要特征。紫苏烯仅在S11号样品中出现，相对百分含量为35.79%，S11号样品符合烯型紫苏的主要特征。S3号样品中芹菜脑占3576%、顺式-β-细辛醚占5.28%，而两者在其他样品中占比偏低（0.10%～16.59%），S3号样品具有醚型紫苏的基本特征。S4号样品与其他样品的最大区别是 2- 烯丙基-4-甲基苯酚（1788%）及香薷酮（7.75%）的含量较高，明显高于其他样品，S4号样品符合酚型紫苏的基本特征（表2、表3）。

2.2 挥发油成分聚类分析

将12批样品的主要成分的相对百分含量作聚类分析，结果如图1所示，S1和S12可聚为一类，S5、S7和S8可聚为一类，S10虽与之存在一定差异，但能明显区别于其余样品（S2、S3、S4、S9、S6、S11）。S2、S9和S6可聚为一类。S3、S11、S4与其余9种样品具有明显差异，归为3种不同类型，其中S11与其余11个样品的差异最大。依据魏长玲等的分类方法[9-10]，S1、S5、S7、S8、S12、S10中紫苏醛含量偏高，属于PA型。S2、S6、S9中紫苏酮类成分偏高，属于PK型。仅S4中酚类成分较高，属于EK型。依据Zhang等的方法[18-19]，S3中芹菜脑含量最高，属于PP型。S11中有紫苏烯，且含量最高，属于PL型。因此，聚类分析结果与化学型鉴定结果一致。结合叶形特征和成分组成特征进行比较分析可发现，S12是陕西商洛本地的野生紫苏，在成分聚类分析中，S12与S1距离最近，说明二者成分组成相似。从叶片性状观察，S1和S12的叶片背面均为深紫色，但S1叶片正面是绿色且叶缘具狭而深的锯齿，从而归为回回苏。说明商洛地区野生紫苏与采自重庆涪陵的S1种源关系最接近。S2、S6、S9均属白苏，外形特征一致，在成分聚类结果中它们距离较近，归为一类。 虽然S5、S7、S8在叶形分类上分别属于紫苏、回回苏、齿耳变种紫苏，但在聚类分析中却聚为一类，说明三者的挥发油成分组成较为相似，并存在较紧密的遗传关系。S3、S4、S11在叶形分类上均属于齿耳变种紫苏，但在聚类分析中相聚较远，S3属于醚型，S4属于酚型，S11属于烯型。尤其S11的成分聚类距离最远，这与其叶形特征的差异一致。说明刺耳变种紫苏在挥发油成分组成上的变异程度要远高于野生紫苏、紫苏、白苏和回回苏。白苏的挥发油成分组成的差异程度较小，化学型均为酮型。因此，可以通过化学型与紫苏叶形特征的相关性，指导引种种源的初步筛选。

2.3 挥发油得率分析

由表3可知，12批不同种源的紫苏叶挥发油得率为 0.30%～0.82%。其中刺耳变种紫苏S11的挥发油得率最低，为0.30%，回回苏S7和S10的挥发油得率较高，分别为 0.82%、0.80%。另外，回回苏S1、刺耳变种紫苏S3和S4、野生紫苏S12的挥发油得率较低（0.50%～0.57%），其余种源的挥发油得率在0.67%～0.71%范围内。因此，比较引种到陕西商洛的12批不同种源紫苏的挥发油得率可知，醛型（PA）紫苏最高，酮型（PK）紫苏居中，醚型（PP）和酚型（EK）紫苏较低，烯型紫苏最低。除S11烯型（PL）紫苏外，其余种源样品均可达到2015年版《中华人民共和国药典》标准，即挥发油得率不得少于0.40%。

3 结论

本研究从重庆、江苏、广西及陕西商洛本地引种12批不同种质紫苏种植于陕西商洛地区，通过比较挥发油的组成成分和得率，优选出了秦巴地区最适宜栽培的紫苏种质。12批不同种源紫苏在相同引种栽培环境下，紫苏叶挥发油的化学成分组成和挥发油得率差异明显。从紫苏挥发油中共鉴定出180种化学成分，不同种质的共有成分有20种，主要包括紫苏醛（0.48%～62.54%）、紫苏酮（0.02%～32.09%）、α-石竹烯（7.67%～22.16%）、α-香柑油烯（1.09%～15.57%）、D-柠檬烯（0.08%～14.89%）、芳樟醇（0.04%～7.99%）、大根香叶烯D（0.48%～4.15%）等。另有一些特殊成分，1个PL型种源含35.79%紫苏烯，1个PP型种源含35.76%芹菜脑 ，1个EK型种源含17.88%2-烯丙基-4-甲基苯酚等。12批紫苏种质可归为5个化学型。挥发油得率范围为0.30%～0.82%，其中以醛型的挥发油得率最高，烯型的得率最低。除烯型紫苏外，其余种源紫苏的挥发油得率均可达到2015年版《中华人民共和国药典》标准。 秦巴地区发展紫苏的种植建议以江苏邳州的回回苏（醛型）为宜，重庆和玉林地区的白苏（酮型）次之。

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